風(fēng)電場(chǎng)線路-導(dǎo)線截面選擇

1、風(fēng)電場(chǎng)送出線路導(dǎo)線截面選擇與耐熱鋁合金導(dǎo)線的應(yīng)用李叔昆 編2012年9月24日 修風(fēng)電場(chǎng)送出線路導(dǎo)線截面選擇與耐熱鋁合金導(dǎo)線的應(yīng)用目 錄1. 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展情況2. 風(fēng)電場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)條件3. 風(fēng)電場(chǎng)線路導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)電流密度及輸送容量4. 耐熱鋁合金導(dǎo)線在送出線上的應(yīng)用1. 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展情況風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國(guó)的重視。其蘊(yùn)藏量巨大，全球風(fēng)能資源總量約為2.74×109兆瓦，其中可利用的風(fēng)能為2×107兆瓦。中國(guó)風(fēng)能儲(chǔ)量很大、分布面廣，開發(fā)利用潛力巨大。隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，風(fēng)能市場(chǎng)也迅速發(fā)展起來。中國(guó)風(fēng)電2010年新增裝機(jī)容量達(dá)到18,928兆瓦，

2、占全球新增裝機(jī)容量48%，超過美國(guó)，成為世界第一大風(fēng)電市場(chǎng)。作為節(jié)能環(huán)保的新能源，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)贏得歷史性發(fā)展機(jī)遇，近年來發(fā)展勢(shì)頭迅猛。2011年全國(guó)累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量再創(chuàng)新高，海上風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)正式起步。國(guó)內(nèi)風(fēng)電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)日趨激烈，使得企業(yè)在滿足國(guó)內(nèi)需求的基礎(chǔ)上，積極拓展海外市場(chǎng)。中國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)發(fā)展前景廣闊，預(yù)計(jì)未來很長(zhǎng)一段時(shí)間都將保持高速發(fā)展，同時(shí)盈利能力也將隨著技術(shù)的逐漸成熟穩(wěn)步提升?！笆濉逼陂g，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)仍將持續(xù)每年10000兆瓦以上的新增裝機(jī)速度，風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)、并網(wǎng)發(fā)電、風(fēng)電設(shè)備制造等領(lǐng)域成為投資熱點(diǎn)，市場(chǎng)前景看好。目前，我省全省風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)87萬(wàn)千瓦，年內(nèi)將突破100萬(wàn)千瓦大關(guān)

3、，2011年投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的風(fēng)電場(chǎng)利用小時(shí)名列全國(guó)第二，發(fā)電效益顯著。據(jù)云南省風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃報(bào)告（2011年）查明，全省可開發(fā)風(fēng)電裝機(jī)達(dá)3300萬(wàn)千瓦以上，而目前87萬(wàn)千瓦的風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模，尚不足可開發(fā)總規(guī)模的3%。云南還有97%以上的風(fēng)電資源可開發(fā)利用。云南風(fēng)電的送出工程也將大力、持續(xù)發(fā)展。 2. 風(fēng)電場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)條件風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)分布在山脈分水嶺上，一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)一般裝機(jī)49.5MW，33臺(tái)風(fēng)機(jī)，單機(jī)容量15001600kW,最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)在3000小時(shí)以下，一般在18002500小時(shí)。往往幾個(gè)風(fēng)電場(chǎng)建在一起，共用一個(gè)升壓站送出。風(fēng)電場(chǎng)布置分散，風(fēng)向多變，線路上的輸送負(fù)荷要考慮同系數(shù)，一般估計(jì)在0.80

4、0.95。 風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)采用一機(jī)一變單元接線方式，發(fā)動(dòng)機(jī)的出口電壓一般為620伏，經(jīng)電纜送至配電箱（變壓器），升壓至35kV接到35kV集電線路上。 35kV集電線路搜集各風(fēng)機(jī)的電力，走向曲折，轉(zhuǎn)角耐張塔較多。一般一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)有多條集電線路。集中送到升壓站。升壓站再以110220kV電壓的線路送出與大電網(wǎng)聯(lián)結(jié)。線路的功率因數(shù)一般0.900.95。3. 風(fēng)電場(chǎng)線路導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)電流密度及輸送容量規(guī)程規(guī)定導(dǎo)線截面應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)在3000小時(shí)以下，經(jīng)濟(jì)電流密度為1.65安/mm2。此范圍較大，對(duì)風(fēng)電線路最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)在18002500小時(shí)的情況還應(yīng)細(xì)化。根據(jù)電氣工程設(shè)計(jì)手冊(cè)上，

5、軟導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)電流密度數(shù)據(jù)，35220kV鋼芯鋁絞線最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)與經(jīng)濟(jì)電流密度的關(guān)系如下表；最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)經(jīng)濟(jì)電流密度（A/mm2）30001.6525001.6824001.7223001.7522001.7821001.8120001.8519001.8818001.9217001.9416001.98導(dǎo)線截面計(jì)算公式： SP/1.7321/U/J/COS式中 S導(dǎo)線截面積，mm2； P輸送功率，kW；（考慮同時(shí)率后）U線路額定電壓，kV；J 經(jīng)濟(jì)電流密度，按上表取值，A/ mm2；COS0.900.95按以上要求計(jì)算可得：110220kV風(fēng)電送出線路，同時(shí)率0.9，經(jīng)濟(jì)電流密度1

6、.8時(shí)（Tmax=2100），輸送功率為：導(dǎo)線截面（mm2）輸送容量（MW）35kV110kV220kV959.3（170安）12011.8（216安）15014.7（269安）46 (268安)18518.2（334安） 57（332安）24023.6（433安） 74（432安）30029.5（541安） 92.6（540安）185.2（540安）400123（717安）247.0（720安）2×240296.3（864安）2×300 370.0（1078安）2×400 493.8（1440安）2×500 注：表中未計(jì)入同時(shí)率0.80.9系數(shù)。4.

7、耐熱鋁合金導(dǎo)線在送出線上的應(yīng)用4.1 耐熱鋁合金導(dǎo)線概況（1）定義通常在鋁中加入鎂、硅、錸可以提高鋁的強(qiáng)度,這就是鋁合金,以此制成鋁合金導(dǎo)線,它具有較高的抗拉強(qiáng)度。在鋁合金中再加入鋯(Zr),能提高鋁合金的再結(jié)晶溫度,又不會(huì)降低其導(dǎo)電率,這就是耐熱鋁合金材料,以此制成的導(dǎo)線即為耐熱鋁合金導(dǎo)線。(2)工作溫度與電流一般鋼芯鋁線和鋁合金絞線的允許溫度為70°C,耐熱鋁合金導(dǎo)線的工作溫度可在90、120、150、210、230°C。（嚴(yán)格說150°C及以上才能稱耐熱鋁合金）。隨著溫度的增加，載流量隨之增大。以240/30導(dǎo)線為例：工作溫度 709012015021023

8、0工作電流 安 61063382096010171270增容率100104134157166208可以看出，耐熱鋁合金導(dǎo)線的增容，最大為2倍。（3）耐熱鋁合金的導(dǎo)電率耐熱鋁合金導(dǎo)線一般按其導(dǎo)電率分58IACS和60IACS分為兩種。（鋼芯鋁線為64%IACS）IACS為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)銅的導(dǎo)電率。（4）耐熱鋁合金導(dǎo)線的特性： a)工作溫度在150-230，輸送容量可提高1.52.0倍；b)工作在200以上耐熱鋁合金導(dǎo)線，由于溫度高，采用常規(guī)的鋼芯弧垂過大，因此采用殷鋼（invar steel）做鋼芯，限制了弧垂過大的增長(zhǎng)。殷鋼是鐵鎳合金，膨脹系數(shù)為3.7×10-6，是鋼的1/3，鋁的1/5，

9、在高溫下伸長(zhǎng)很小。因此，采用殷鋼作鋼芯，導(dǎo)線工作溫度在210230時(shí)，可以維持低弧垂。（鋁包殷鋼芯的耐熱導(dǎo)線在210時(shí)的弧垂，與鋼芯鋁絞線在90時(shí)的弧垂接近。）有較好的抗腐蝕能力。殷鋼芯耐熱鋁合金導(dǎo)線造價(jià)較高。C）原有線路的鐵塔無(wú)需進(jìn)行改造和加固。但在檔距較大、交叉跨越、對(duì)地距離較緊的地方，有時(shí)還需加塔。（5）耐熱鋁合金導(dǎo)線的主要用途：1）舊線路的增容改造。在不改變鐵塔，不增加線路走廊的情況下，可增加容量50100。2）60IACS的耐熱鋁合金導(dǎo)線，也可用于新建線路。4.2 耐熱鋁合金導(dǎo)線的工作電流4.3 耐熱鋁合金不同工作溫度時(shí)的弧垂變化以LGJ-300/40 58IACS 導(dǎo)線為例弧垂增加

10、溫度 率 檔距（m）40°70°90°110°120°150°20010026.543.358.866.587.530016.426.736.641.354.940011.118.225.028.337.85008.0513.218.120.527.66006.039.9113.715.520.94.4耐熱鋁合金導(dǎo)線線路的設(shè)計(jì)順序1）舊線路的增容改造。 a)了解舊線路的設(shè)計(jì)氣象條件、導(dǎo)線型號(hào)、輸送容量；b)計(jì)算改造后需要輸送的容量，線電流；c)根據(jù)工作電流，選擇某工作溫度的耐熱鋁合金導(dǎo)線；d)注意金具配套（150及以上導(dǎo)線的耐張線夾、接續(xù)管需用耐熱鋁合金導(dǎo)線的配套金具。）e)計(jì)算線路的電能損耗f)計(jì)算所選工作溫度的耐熱鋁合金導(dǎo)線的力學(xué)特性,用最高工作溫度的模板在斷面圖上檢查對(duì)地距離，提出增加的桿塔數(shù)量及相應(yīng)的材料；g)編寫設(shè)計(jì)文件。2）新建線路設(shè)計(jì) a) 根據(jù)輸送的工作電流，選擇某工作溫度的耐熱鋁合金導(dǎo)線; b) 注意金具配套（150及以上導(dǎo)線的耐張線夾、接續(xù)管需用耐熱鋁合金導(dǎo)線的配套金具。）c) 計(jì)算線路的電能損耗d) 計(jì)算所選